INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA IMPLEMENTACJA CIŚNIENIOWEGO SPALANIA TLENOWEGO WĘGLA W ZINTEGROWANYM UKŁADZIE ENERGOTECHNOLOGICZNYM WYTWARZANIA GAZU SYNTEZOWEGO DO PRODUKCJI METANOLU Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA Mateusz Babiarz, Jarosław Zuwała, Marek Ściążko INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA

OPIS STRUKTURY ZINTEGROWANEJ METODYKA PRACY PLAN PREZENTACJI WPROWADZENIE CELE PRACY OPIS STRUKTURY ZINTEGROWANEJ METODYKA PRACY ZAŁOŻENIA I WYNIKI OBLICZEŃ SYMULACYJNYCH PODSUMOWANIE LITERATURA Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

WPROWADZENIE Technologie zgazowania węgla głównie w cyklu kombinowanym będą zyskiwać coraz większe znaczenie w rozwoju energetyki na śwecie. Jednocześnie, mając na uwadze wymogi dotyczące ograniczenia emisji CO2 towarzyszącego procesom wytwarzania energii i procesom technologicznym należy zwrócić uwagę na rozwój technologii umożliwiających wychwyt ditlenku węgla i przygotowywanie go do sekwestracji. Jedną z takich technologii jest spalanie tlenowe, czyli oksy-spalanie. W prezentacji rozwinięto koncepcję połączenia układu IGCC ze zgazowaniem węgla kamiennego w reaktorze ze złożem fluidalnym z jednoczesnym tlenowym spalaniem powstałego karbonizatu w kotle CFB na parametry nadkrytyczne. Zamodelowany układ energotechnologiczny ukierunkowany jest na produkcję gazu syntezowego do wytwarzania metanolu, a energia elektryczna wytwarzana jest praktycznie wyłącznie na potrzeby własne. Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

CELE PRACY Określenie ilości produkowanego gazu syntezowego o skorygowanym składzie w przeliczeniu na jednostkę zużywanego paliwa stałego, Oszacowanie przybliżonej ilości możliwego do wytworzenia metanolu, Ocena zastosowania metody unikniętych nakładów paliwowych do alokacji obciążeń środowiskowych w rozważanym procesie energotechnologicznym. Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Schemat blokowy procesu zgazowania węgla połączonego z tlenowym spalaniem powstałego karbonizatu i sekwestracją CO2 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

METODYKA PRACY     gdzie: ENel – zużycie energii obciążające wytwarzanie produktu ubocznego [MW]; Eel – strumień energii elektrycznej [MW] – zgodnie z przyjętą zasadą uniknięcia nakładów paliwowych; 𝝶E(el)z – sprawność procesu zastąpionego produkcji energii elektrycznej – przyjęto wartość 0,38; Engaz – zużycie energii obciążające wytwarzanie produktu głównego [MW] strumień energii chemicznej gazu [MW]; 𝝶Esk – sprawność energetyczna procesu skojarzonego. Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

ZAŁOŻENIA I WYNIKI OBLICZEŃ SYMULACYJNYCH Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Parametr Węgiel Karbonizat Właściwości węgla „Wieczorek 1” oraz karbonizatu wykorzystanych w obliczeniach symulacyjnych Parametr Węgiel Karbonizat % mas. Ca 70,9 72,2 Ha 4,1 1,1 Na 1,3 Oa 7,7 1,5 Sat 0,5 0,7 Wa 6,0 Aa 9,7 22,1 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Skład gazu syntezowego Skład spalin wilgotnych Skład gazu syntezowego oczyszczonego o skorygowanym składzie oraz skład spalin wilgotnych z oksyspalania karbonizatu   Składnik Skład gazu syntezowego Skład spalin wilgotnych z oksyspalania % obj. H2 63,6 0,0 N2 0,6 0,7 O2 6,8 H2O 0,3 8,2 CO 30,3 CO2 3,2 81,6 SO2 CH4 0,5 Ar 1,5 2,4 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Bilans mocy elektrycznej oraz parametry wytwarzanej pary wodnej Moc elektryczna Układ z CCS Układ bez CCS Jednostka NB 1,355 MW NW 1,338 1,286 Puż 0,017 0,069 Parametry wytwarzanej pary wodnej Temperatura 620 oC Ciśnienie 30 MPa Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Parametr Oznaczenie Wartość Jednostka Zestawienie strumieni masowych i energetycznych oraz wartości opałowych paliwa, gazu syntezowego i metanolu Parametr Oznaczenie Wartość Jednostka Strumień masowy węgla mw 1000,0 kg/h Wartość opałowa węgla Qw 28,050 MJ/kg Strumień użytecznej energii węgla Ew 7,792 MW Strumień masowy gazu syntezowego mgaz 697,6 Wartość opałowa gazu syntezowego Qgaz 20,190 Strumień użytecznej energii gazu syntezowego Egaz 3,912 Strumień tlenku węgla mCO 490,7 Strumień masowy metanolu(*) mmet 555,7 Wartość opałowa metanolu(*) Qmet 19,900 Strumień użytecznej energii metanolu(*) Emet 3,072 Strumień energii obciążającej wytwarzanie gazu syntezowego ENgaz 9,869 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Parametr Eel 0,069 1,355 0,017 MW ηE(el)z 0,38 - ENel 0,182 3,566 Sprawności energetyczne procesów: granicznego, skojarzonego oraz wytwarzania produktu głównego bez operacji usuwania CO2 (A) oraz usuwaniem i sprężaniem CO2 (B) Parametr Ozn. Brak CCS CCS Jedn. Netto Brutto Strumień energii charakteryzujący elektryczność Eel 0,069 1,355 0,017 MW Sprawność energetyczna procesu granicznego zastąpionego przez wytworzenie energii elektrycznej w układzie własnym ηE(el)z 0,38 - Zużycie energii obciążające wytwarzanie elektryczności ENel 0,182 3,566 0,045 Sprawność energetyczna procesu skojarzonego ηEsk 0,40 0,57 Sprawność energetyczna cząstkowa wytwarzania produktu głównego - gazu syntezowego ηgaz 0,50 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

Wskaźnik/ Konfiguracja Zestawienie porównawcze wskaźników ECO2 emisji CO2 oraz zużycia energii chemicznej paliwa (węgla kamiennego lub gazu ziemnego) Ppal w przeliczeniu na jednostkę wytwarzanej energii elektrycznej i energii chemicznej (szacowanej) metanolu Wskaźnik/ Konfiguracja Zintegrowany układ oksyspalania i zgazowania z usuwaniem i sprężaniem CO2 + wytwarzanie gazu do syntezy metanolu bez usuwania i sprężania CO2 + wytwarzanie gazu do syntezy metanolu Wytwarzanie energii elektrycznej w procesie zastępowanym (elektrownia systemowa) (*) Wytwarzanie metanolu z gazu ziemnego ECO2 [t/MWhel] netto 0,010 0,107 0,880 - ECO2 [t/GJmet] 0,015 0,164 0,020 Ppal [GJpal/MWhel] netto 4,6E-04 9,474 Ppal [GJpal/GJmet] 2,537 1,741 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

PODSUMOWANIE Modelowany układ energotechnologiczny zapewnia otrzymanie z 1 t węgla kamiennego ok. 700 kg (1294 Nm3) czystego gazu syntezowego o składzie skorygowanym w sposób umożliwiający zastosowanie go do syntezy ok. 556 kg metanolu Z wyników zamieszczonych w tabeli 3 można wnioskować, że teoretycznie układ byłby samowystarczalny pod względem zużycia energii elektrycznej, ponadto dzięki skojarzeniu odnotowuje się oszczędność energii chemicznej paliwa Emisja jednostkowa CO2 na jednostkę wytwarzanej elektryczności, zużywanej na potrzeby własne jest kilkukrotnie niższa niż w przypadku procesu zastępowanego Elementem niekorzystnym jest fakt, że zarówno spalanie tlenowe jak i zgazowanie węgla za pomocą CO2 nie są jak dotąd procesami wdrożonymi w warunkach przemysłowych Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

LITERATURA Aldrich R., Xavier Llauró F., Puig J., Mutjé P., A`ngels Pe`lach M.: Allocation of GHG emissions in combined heat and power systems: a new proposal for considering inefficiencies of the system. Journal of Cleaner Production 2011; (19): pp. 1072-1079  Australian Methanol Company Pty Ltd, Methanol Plant and Product Export, Burrup Peninsula, Environmental Protection Authority Perth, Western Australia – Bulletin 1075 November 2002, ISBN. 0 7307 6713 2  Azapagic A., Clift R.: Allocation next term of environmental burdens in multiple-function systems. Journal of Cleaner Production 1999; (7): pp. 101-119  Chmielniak T., Tatarczuk A., Materiały VIII Warsztatów „Modelowanie przepływów wielofazowych w układach termochemicznych”, Wieżyca k/Gdańska, 31.05 – 2.06 2009, 17  González, J.M. Sala, I. Flores, L.M. López. Application of thermoeconomics to the allocation of environmental loads in the life cycle assessment of cogeneration plants. Energy 2003; (28): pp. 557-574  Guinee J.B.: Handbook on Life Cycle Assessment. Kluwer Academic Publishers, Dodrecht 2002  Kiga T. Australia Japan and Australia Partnership on Coal Technology Related to JCOAL. Australia Japan Coal Technology Workshop Friday 26 June 2009 Brisbane Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

LITERATURA Kotowicz J., Iluk T.: Układy gazowo – parowe zintegrowane ze zgazowaniem. Rynek Energii 2008; 76(3):34-40  Kotowicz J., Skorek – Osiowska A., Bartela Ł.: Economic and environmental evaluation of selected advanced power generation technologies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Jorunal of Power and Energy 2011; 225(3):221-232  Kotowicz J., Sobolewski A., Iluk T, Matuszek K.: Zgazowanie biomasy w reaktorze ze złożem stałym. Rynek Energii 2009; 81(2):52-58 Laudyn D., Pawlik M., Strzelczyk F.: Elektrownie, Wydawnictwo WNT Raport National Energy Technology Laboratory: KRW Gasifier IGCC base cases. PED-IGCC-98-005, US Department of Energy 2000  Raport National Energy Technology Laboratory: Shell Gasifier IGCC base cases. PED-IGCC-98-002, US Department of Energy 2000 Rosen M.A.: Allocating carbon dioxide emissions from cogeneration systems: descriptions of selected output-based methods. Journal of Cleaner Production 2008; (16): pp. 171-177  Sobolewski A., Kotowicz J., Iluk T., Matuszek K.: Badania eksperymentalne zgazowania biomasy pod kątem wykorzystania gazu procesowego w układzie kogeneracji. Przemysł Chemiczny 2010; 89(6):794-798    Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

LITERATURA Szargut J.: Analiza termodynamiczna i ekonomiczna w energetyce przemysłowej. WNT, Warszawa 1983  Tatarczuk A., Zapart L., Dreszer K., Ściążko M.: Modelowanie procesowe i ekonomiczne wytwarzania metanolu poprzez zgazowanie węgla kamiennego. Przemysł Chemiczny 2010, 89/6  Zuwała J., Babiarz M., Ściążko M.: Zintegrowany układ oksyspalania i zgazowania węgla. Rynek Energii 2011, 3(94): 41-46  Zuwała J., Kolarz E., Zapart L.: Opracowanie modeli procesowych i ekonomicznych układów spalania węgla w kotłach pyłowych na parametry nadkrytyczne bez oraz z usuwaniem CO2. Opracowanie modeli procesowychi ekonomicznych układów spalania węgla w tlenie i produkcji energii elektrycznej. Sprawozdanie z realizacji tematu nr 1.37, IChPW Zabrze 2008 Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA

INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa 1; 41-803 Zabrze Aby zmienić liczbę całkowitą slajdów wyświetlaną w stopce slajdu należy po zakończeniu prezentacji wejść do menu WIDOK -> WZORZEC -> WZORZEC SLAJDÓW i wstawić odpowiednią liczbę a następnie kliknąć ZAMKNIJ WIDOK WZORCA INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa 1; 41-803 Zabrze Telefon: 32 271 00 41 Fax: 32 271 08 09 E-mail: office@ichpw.zabrze.pl Internet: www.ichpw.zabrze.pl NIP: 648-000-87-65 Regon: 000025945